Министерство образования Российской Федерации
Нижнетагильский технологический институт
Уральский государственный технический университет – УПИ
Курсовой проект
по курсу «Электрические машины»
на тему: «Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»
Вариант 11
Нижний Тагил
2003
Содержание.
Стр.
3
4
7
8
11
13
15
17
21
23
26
31
34
35
Проектное задание··································································································
Введение··················································································································
Выбор главных размеров·······················································································
Определение
,
и сечения провода обмотки
статора···································
Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора··························
Расчёт ротора··········································································································
Расчёт намагничивающего тока············································································
Параметры рабочего режима·················································································
Расчёт потерь··········································································································
Расчёт рабочих характеристик···············································································
Расчёт пусковых характеристик·············································································
Тепловой расчёт········································································································
Заключение··············································································································
Библиография··········································································································
Проектное задание.
Спроектировать трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором:
;
;
;
конструктивное исполнение IM1001;
исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP44;
категория климатического исполнения У3.
Введение.
Прогресс в развитии электромашиностроения зависит от успехов в области теории электрических машин. Глубокое понимание процессов электромеханического преобразования энергии необходимо не только инженерам-электромеханикам, создающим и эксплуатирующим электрические машины, но и многим специалистам, деятельность которых связана с электромеханикой.
Проектирование электрических машин – это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразование энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умением применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
При проектировании необходимо учитывать возможные изменения стоимости материалов и электроэнергии, спрос на международном рынке, затраты на технологическое оборудование и другие факторы. Выбор оптимального варианта определяется критерием, который определяется минимумом суммарных затрат, т.е. минимумом стоимости материалов, затрат на изготовление и эксплуатацию. Стоимость эксплуатации зависит от КПД, коэффициента мощности, ремонтоспособности и ряда других факторов.
В последние десятилетия благодаря широкому применению ЭВМ теория электрических машин получила дальнейшее развитие. Большая математизация позволяет более строго излагать теорию электрических машин и ввести более глубокие математические методы исследования.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина, а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин, что накладывает определённые требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Основная серия асинхронных машин 4А включает в себя двигатели от 0,4 до 400 кВт. Выпускаются высоковольтные машины в виде единой серии А4 на мощности свыше 400 кВт. Разработана единая серия асинхронных машин АИ, АИР, 5A и RA.
При конструировании асинхронных двигателей единых серий обеспечивается максимальная унификация узлов и отдельных деталей.
Кроме асинхронных двигателей единой серии 4А промышленностью выпускаются двигатели серий А2 и А02. Асинхронные машины серий А2 и А02 имеют больший расход материалов и другие установочные размеры.
В последние годы Ярославский электромашиностроительный завод освоил новую серию RA — Российская асинхронная, а Владимирский электромоторный завод выпускает серию 5А, которая заменяет серию 4А.
Электротехнической промышленностью выпускаются высоковольтные асинхронные двигатели серий А, АК 12—13-го габаритов и их модификации на мощность свыше 100 кВт на напряжение 6000 В. Такие двигатели выпускаются с короткозамкнутым и фазным ротором. В двигателях с короткозамкнутым ротором применяется сварная клетка. Обмотки статора имеют изоляцию типа «монолит-2». Изоляция соответствует классу нагревостойкости F.
Для насосов и аэродинамических труб выпускаются асинхронные двигатели мощностью до 20 МВт. Одной из распространенных серий мощных асинхронных двигателей является серия АТД. Двигатели АТД выполняются с короткозамкнутым массивным ротором и водяным охлаждением обмотки статора.
Конструкции асинхронных микродвигателей отличаются от конструкций двигателей общего назначения. Это связано с особыми требованиями работы в системах автоматического управления, применением в бытовых приборах с однофазным питанием и функциональным использованием (тахогенераторы, датчики и другие устройства).
Конструкции асинхронных машин делятся на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, которые в серии 4А выполняются на все мощности, включая 400 кВт.
Обмотки короткозамкнутых роторов выполняются литыми из алюминия или его сплавов. При заливке одновременно отливаются стержни, лежащие в пазах, и короткозамыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками и штырями для крепления балансировочных грузиков.
Короткозамкнутые роторы крупных машин и специальных асинхронных машин с улучшенными пусковыми характеристиками выполняются сварными. Стержни ротора из меди или латуни привариваются к короткозамыкающим кольцам, имеющим отверстия, куда перед сваркой вставляются стержни обмотки.
Асинхронные машины с фазным ротором имеют на роторе обмотку из круглых или прямоугольных проводов, которая выполняется так же, как и обмотка статора.
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А можно разделить на две разновидности по степени зашиты и способу охлаждения.
Электрические машины подразделяются по степени защиты от воздействия окружающей среды.
Машины закрытые, защищенные от попадания внутрь ее брызг любого направления и предметов диаметром более 1 мм, имеют внешний обдув вентилятором. По ГОСТ это исполнение имеет обозначение IР44.
Второй разновидностью конструкции являются машины с исполнением по степени защиты IР23. В этих машинах обеспечивается защита от возможности соприкосновения пальцев рук и твердых предметов диаметром более 12,5 мм с токоведущими вращающимися частями машины. Исполнение IР23 предусматривает защиту от попадания внутрь машины капель, падающих под углом 60° к вертикали. Иногда такое исполнение называют каплезащищённым.
Статор асинхронной машины с короткозамкнутым или с фазным ротором состоит из магнитопровода с обмоткой и станины. Магнитопровод статора набирается из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга и имеющих на внутренней поверхности пазы.
Сердечник статора состоит из отдельных пакетов, которые после сборки скрепляют скобами и укрепляют в станине. При сборке пакетов магнитопровода статора может быть выполнен скос пазов. Форма пазов и число пазов на статоре зависят от мощности и частоты вращения.
Климатическое исполнение У3 – двигатели, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах для макроклиматических районов с умеренным климатом, в закрытых помещениях, в которых колебания температуры и влажности, а также воздействие песка и пыли на машину существенно меньше, чем на открытом воздухе.
Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов (по ГОСТ 8865-70)
Класс нагрево-стойкости |
Температура, °С |
Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости |
Y |
90 |
Не пропитанные и не погружённые в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шёлка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
A |
105 |
Пропитанные ил погружённые в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шёлка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
E |
120 |
Некоторые синтетически органические плёнки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
B |
130 |
Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
F |
155 |
Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
H |
180 |
Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
C |
>180 |
Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими или элементоорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
Принцип действия асинхронного двигателя.
Пусть на зажимы трёхфазной обмотки статора подано напряжение от трёхфазного симметричного источника сигнала. Под действием напряжения, в трёхфазной обмотке статора протекает ток, который создаёт вращающееся магнитное поле. Это поле в проводниках обмотки статора наводит ЭДС самоиндукции. А в проводниках – ЭДС взаимоиндукции. Под действие последней в обмотке ротора протекает ток, который в свою очередь создаёт собственное вращающееся магнитное поле. Это поле вращается в ту же сторону и с той же угловой скоростью, что и поле, созданное токами обмотки статора. Таким образом, в зазоре асинхронной машины вращается результирующее магнитное поле, обусловленное взаимным действием МДС обмоток статора и ротора.
При взаимодействии вращающегося магнитного поля и тока, в обмотке ротора, возникают электромагнитные силы и момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения магнитного поля. При вращении ротора, его скорость относительно вращающегося магнитного поля, уменьшается. Следовательно, уменьшаются амплитуды ЭДС и тока в обмотке ротора, а так же частота (ЭДС и тока). При номинальной скорости вращения ротора, частота ЭДС и тока в обмотке ротора составляет 2..4Гц.
Если под действием рабочей машины, скорость вращения ротора станет равной угловой скорости вращения магнитного поля, то будет иметь место режим идеального холостого хода, амплитуда и частота ЭДС и тока в обмотке ротора будут равны 0. Электромагнитный момент так же равен 0.
Число пар полюсов
